宇航器在軌道上對地球及其環境、地球上目標,以及地表下水系和礦藏進行的觀測。特點是觀測面積大,可在全球範圍內進行多維觀測。觀測項目分為兩類:(1)對象的物理學和化學的性質和量值;(2)目標的性質、形狀尺寸、相對位置和運動。前者有從地面到近地空間內的輻射、磁場、電離、大氣、水圈、岩石圈和生物圈的各種參數,以及相互作用產生的現象,如大氣、陸地和海洋面的溫度、風場、溫濕度隨高度分布;礦藏;土壤;葉綠素;大氣和海水成分含量。相應有地球物理、氣象、海洋、地球資源、地球輻射收支等衛星。後者有軍用照相偵察、測地、導航定位、數據收集和地球動力學等衛星。載人宇宙飛船和軌道空間站載有太空人,觀測更精細。